CN214470662U - 基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，壳体上设有手提把手，显示屏为触摸屏，其特征在于，壳体内装有激光发射器、激光接收相机和测量相机，激光发射器和激光接收相机的中心线之间具有夹角，所述激光发射器和测量相机的中心线之间具有夹角，激光发射器和激光接收相机之间的壳体上设有LED光源；所述壳体内还设有主控电路板、激光控制电路板、屏幕控制电路板和锂电池。本实用新型的优点是：方便手持，可以辅助质检员快速完成工业零件的尺寸偏差、位置度和轮廓度等多种参数的测量，并借助于Wifi或4G将数据传输到后台数据库，支持多种轮廓和曲面，提高质检效率和精度。

Description

基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪

技术领域

本实用新型属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪。

背景技术

光学三维测量的原理大致分为三种，分别是基于立体视觉的三维测量方法，基于光飞行时间的测量方法和基于结构光的测量方法，本实用新型专利属于基于激光结构光的三维测量方法。

申请号为202010026498.4的中国发明专利公开了一种基于线结构光的多功能三维测量重建系统及方法中，重建系统包括支架、第一采集组件、控制器以及数据处理装置，支架上固定安装有支撑平台和第一导轨，支撑平台上具有一托盘，托盘可旋转地安装在支撑平台上，第一采集组件可移动地安装在第一导轨上，第一采集组件包括第一激光器组和第一相机组，控制器用于控制托盘的转动、第一采集组件的移动和采集，使得三维测量重建系统能够在第一扫描模式和第二扫描模式间切换。

申请号为 202010063291.4的中国发明专利公开了一种基于双线结构光扫描的高反射率表面三维测量方法，包括以下步骤，1）对相机内、外参以及两个激光平面进行标定；2）识别捕获图像中的左右激光光带，进行受扰区域抠除，然后进行条纹中心提取；3）根据两组条纹中心以及相对应的标定参数计算物体在同一世界坐标系下的两组三维信息，两组点云进行融合，从而恢复物体三维形貌。

申请号为201710527132.3的中国发明专利公开了一种基于线激光扫描的传送带工件三维轮廓测量方法，通过相机标定获取摄像头内外参数，通过图像预处理步骤进行滤波和激光光条中心位置的初步提取，并对光条中心坐标进行亚像素精度细化，通过激光光平面标定获取光平面方程，最终对待测工件的三维轮廓信息进行重建与测量。

上述测量方法具有测量精度高、速度快、成本低等优势，在工业自动化生产过程中具有广泛的应用前景，但是目前还没有一种手持便携的测量设备，可以快速完成工业产品零件的轮廓度、位置度和尺寸偏差等多种参数的测量，并借助于Wifi或4G将数据传输到数据库，辅助质检员完成日常零件入库前的质量检测工作。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，克服现有技术的不足，体积小重量轻，方便手持，可作为一个移动端设备，工作中不需要再连接外部的便携式或者台式电脑，辅助质检员快速完成工业零件的尺寸偏差、位置度和轮廓度等多种参数的测量，支持多种轮廓和曲面，提高质检效率和精度，测量结果可以借助于Wifi或4G将数据传输到后台数据库。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，包括壳体和显示屏，壳体上设有手提把手，显示屏的侧边与壳体的左侧面或右侧面通过转轴铰接；显示屏为触摸屏人机界面，其特征在于，壳体内装有激光发射器、激光接收相机和测量相机，激光发射器和激光接收相机的中心线之间具有25~35º的夹角，所述激光发射器和测量相机的中心线之间具有10~15º的夹角，激光发射器和激光接收相机之间的壳体上设有LED光源；所述壳体内还设有主控板、激光控制板、屏幕控制板和锂电池，主控板分别与激光控制板、屏幕控制板、LED光源、测量相机和锂电池电连接。

所述转轴为两维转轴，转轴体的上下两端分别设有同轴的轴一和轴二，转轴体的居中设有垂直于轴一和轴二的轴三，显示屏绕轴一和轴二旋转可实现相对壳体的打开或折叠，显示屏绕轴三旋转可实现垂直位和水平位之间的切换，所述转轴经转轴上盖和转轴下盖扣合装配后再和转轴盖板组合成为转轴组件。

所述激光发射器和激光接收相机位于同一块安装板上，所述激光发射器和激光接收相机分别与激光控制板电连接，与激光发射器和激光接收相机的进出光路相对应的壳体上设有激光发射滤光片和激光相机滤光片，所述激光发射滤光片和激光相机滤光片是450nm窄带高透光滤光片。

所述主控板上的主控电路中包括数字核心电路分别与电源管理电路、电源输入切换电路、操作按钮电路、以太网切换电路、状态指示电路、测量相机接口、屏幕控制板接口、OTG接口和LED控制电路电连接，所述电源输入切换电路分别与充电电源和锂电池电连接；所述状态指示电路和以太网切换电路均与激光控制板电连接；所述OTG接口与外部设备电连接，所述测量相机接口与测量相机电连接，所述LED控制电路与LED光源电路连接，屏幕控制板接口与屏幕控制板电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1）体积小重量轻，方便手持，无额外的电源线或者通信线，工作中不需要再连接外部的便携式或者台式电脑，可以辅助质检员快速完成工业零件的尺寸偏差、位置度和轮廓度等多种参数的测量，并借助于Wifi或4G将数据传输到数据库，支持多种轮廓和曲面，提高质检效率和精度。2）激光扫描设备、图像采集设备采用FPC排线与主控板相连接，将以太网通信接口、USB数据接口、OTG调试接口等转接至仪器内部；可切换控制以太网通信接口，用于仪表参数调试及修改；LED光源用于外部照明，克服环境光照的不足对检测的影响。3）状态指示面板采用6个LED指示灯作为状态显示，用于指示电源状态、以太网切换状态、照明灯状态、激光扫描设备状态等信息，结构简单可靠。4）电源管理电路在收到电源按钮启动信号后，主控板的数字核心电路开始供电；然后由单片机控制继电器吸合，给仪表其他部分进行提供12V电源，安全稳定可靠。

附图说明

图1是本实用新型实施例视角一结构示意图，壳体的左侧板隐藏；

图2是本实用新型实施例视角二结构示意图，隐藏了激光发射器和激光接收相机；

图3是本实用新型实施例中的爆炸结构示意图；

图4是本实用新型实施例中转轴结构爆炸图；

图5是本实用新型实施例中激光发射器、激光接收相机和测量相机的光路测量原理示意图；

图6是本实用新型实施例中控制原理框图；

图7是本实用新型实施例中主控电路结构示意图。

图中：1-壳体、101-左侧板、102-右侧板、2-显示屏、3-手提把手、4-转轴、401-轴一、402-轴二、403-轴三、404-转轴盖板、405-转轴上盖、406-转轴下盖、5-激光发射器、6-激光接收相机、7-测量相机、8-LED光源、9-主控板、10-激光控制板、11-屏幕控制板、12-锂电池、13-安装板、14-激光发射滤光片、15-激光相机滤光片、16-按钮、17-状态指示面板、18-被测量物体、19-线性激光线、20-激光轮廓线、21-反射光线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

见图1－图4，是本实用新型基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪实施例结构示意图，包括壳体1和显示屏2，壳体1上设有手提把手3，手提把手3可为壳体的镂空结构或为独立装配件，手提把手位于激光发射面的背侧。按钮16和状态指示面板17位于壳体1的合适位置。显示屏2的侧边与壳体1的左侧面通过转轴4铰接；显示屏2为触摸屏人机界面，壳体1内装有激光发射器5、激光接收相机6和测量相机7，激光发射器5和激光接收相机6的中心线之间具有25~35º的夹角，激光发射器5和测量相机7的中心线之间具有10~15º的夹角，激光发射器5和激光接收相机6之间的壳体1上设有LED光源8；壳体1内还设有主控板9、激光控制板10、屏幕控制板11和锂电池12，主控板9分别与激光控制板10、屏幕控制板11、LED光源8、测量相机7和锂电池12电连接。激光控制板10的主芯片为基于ARMCortex-A9双核处理器和FPGA架构的XilinxZynq-7015处理器。屏幕控制板11的主芯片为瑞芯微RK3399处理器，以该处理器为核心，操作系统为安卓系统，使该手持式扫描测量仪可以做为一个移动终端设备工作，稳定可靠。屏幕控制板11设于显示屏2的内部。

设备主控板9采用FPC排线与屏幕控制板连接，将以太网通信接口、USB数据接口、OTG调试接口等转接至仪器内部，实现与激光控制板、测量相机的连接；可切换控制以太网通信接口，用于仪表参数调试及修改；主控电路中设计了LED控制电路，用于控制外部照明用的LED光源8；状态指示面板17上有6个LED指示灯作为状态显示，用于指示电源状态、以太网切换状态、照明灯状态、激光扫描设备状态等信息，结构简单可靠，可用工作温度范围广。按钮16上分布有实现开机操作、LED光源控制、以太网切换控制的薄膜按键。

转轴4为两维转轴体，转轴体的上下两端分别设有同轴的轴一401和轴二402，转轴体的居中设有垂直于轴一401和轴二402的轴三403，显示屏2绕轴一401和轴二402旋转可实现相对壳体1的打开或折叠，显示屏2绕轴三403旋转可实现垂直位和水平位之间的切换，转轴4经转轴上盖405和转轴下盖406扣合装配后再和转轴盖板404组合成为转轴4组件。该组件结构小巧，可对显示屏的角度进行灵活地调节。

壳体的左侧板101和右侧板102之间，激光发射器5和激光接收相机6位于同一块安装板13上，激光发射器5和激光接收相机6分别与激光控制板10电连接，与激光发射器5和激光接收相机6的进出光路相对应的壳体1上设有激光发射滤光片14和激光相机滤光片15，激光发射滤光片14和激光相机滤光片15均是450nm窄带高透光滤光片。

见图5，是本实用新型实施例中激光发射器、激光接收相机和测量相机的光路测量原理示意图，该光路分为发射部分和反射部分，激光发射器5发射的线性激光线19照射到被测量物体18后，由于被测量物体表明的凸凹不平以及反射作用，线性激光线会在被测量物体上照射出一束激光轮廓线20。经过被测量物体18的反射，反射光线21经过激光相机滤光片15的滤光后，进入激光接收相机6。激光发射器5和激光接收相机6的夹角使激光轮廓线20在激光接收相机中成像反应了被测量物体18表面突起的尺寸。

本实用新型实施例的光学测量原理是：当被测量物体20表面凸凹变化时，激光轮廓线20就会产生相应的光线畸变。该畸变光线进入激光接收相机6后，在激光接收相机内成像，而该畸变程度反应了被测物体表面的凸凹程度，而且畸变程度和被测物体表面的起伏尺寸线性相关，因此通过激光线的畸变程度就可以计算出被测物体表面的凸凹尺寸。

测量相机7不参与光路的计算，它是一个能够对外部场景进行正常拍摄的相机，系统可以将拍摄后的结果能够存入存储器中，作为测量证据，而且该相机拍摄到的二维图像可以通过处理器进行尺寸偏差、位置度和轮廓度等多种参数的检测。

见图6－图7，是本实用新型实施例中电路原理框图，主控电路中包括数字核心电路分别与电源管理电路、电源输入切换电路、操作按钮电路、以太网切换电路、状态指示电路、测量相机接口、屏幕控制板接口、OTG接口和LED控制电路电连接，电源输入切换电路分别与充电电源和锂电池电连接；状态指示电路和以太网切换电路均与激光控制板电连接，主控板有六个状态显示LED，用于指示电源状态、以太网切换状态、照明灯状态、激光扫描设备状态等信息，通过单片机端口直接驱动其中3个状态指示，另3个经H1端子连接至激光器主控板，由其控制实现激光设备状态指示。OTG接口与外部设备电连接，测量相机接口与测量相机电连接，LED控制电路与LED光源电路连接，LED控制电路经CN2端子接到主控板，通过单片机端口经NPN三极管Q7、Q8驱动。主控板默认经以太网接口U3连接至激光控制板，激光控制板分别连接激光发射器和激光接收相机，在设备调试期间，可通过操作按钮切换指令，由单片机控制，由三极管Q1、Q2驱动继电器K2、K3动作，使得激光控制板以太网与调试以太网接口RJ1相连。

屏幕控制板接口与屏幕控制板电连接屏幕，控制板连接显示屏。实施例中，数字核心电路的主芯片为STM32F103R8T6单片机，设计有U6端口完成JLINK调试功能，U5端口完成程序下载功能。主芯片USB信号由屏幕主控板接口经U7端口连接外部相机。主芯片OTG信号，由屏幕主控板经U8端子连接到外部调试设备。CN1端子采用FPC20接口，通过线束与屏幕控制板相连。

电源管理电路采用MP1482电源管理芯片，可实现低功耗待机，经操作按钮开机操作后，产生3.3V供电输出，使STM32F103R8T6单片机开始运行；关机时通过操作按钮给单片机输入信号后，由单片机控制完成电源关闭操作。本实用新型采用12V锂电池供电，在收到按钮16启动信号后，系统数字系统部分开始供电。

电源输入及切换电路设有一路继电器HFD4/12。以太网切换电路中设有两路继电器HFD4/12。外部12V充电电源经J1端子输入设备，J2端子连接至设备内部锂电池，二极管D5、D6实现防止外部输入反接功能。数字核心电路根据操作按钮的输入信号，由单片机IO口经Q3驱动继电器K1动作，给设备内部其他部件供电。

本实用新型是一种便捷式测量设备，可识别零件类型和测量部位，并将检测偏差，实时上传至后台数据管理系统，可用于零部件的快速测量与数据采集和管理，为机械产品的整体制造过程监控提供系统解决方案。

以上实施例仅是为详细说明本实用新型的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制实用新型的保护范围，凡在不违背本实用新型的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，包括壳体和显示屏，壳体上设有手提把手，显示屏的侧边与壳体的左侧面或右侧面通过转轴铰接；显示屏为触摸屏人机界面；其特征在于，壳体内装有激光发射器、激光接收相机和测量相机，激光发射器和激光接收相机的中心线之间具有25~35º的夹角；所述激光发射器和测量相机的中心线之间具有10~15º的夹角，激光发射器和激光接收相机之间的壳体上设有LED光源；所述壳体内还设有主控板、激光控制板、屏幕控制板和锂电池，主控板分别与激光控制板、屏幕控制板、LED光源、测量相机和锂电池电连接。

2.根据权利要求1所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述转轴为两维转轴，转轴体的上下两端分别设有同轴的轴一和轴二，转轴体的居中设有垂直于轴一和轴二的轴三，显示屏绕轴一和轴二旋转可实现相对壳体的打开或折叠，显示屏绕轴三旋转可实现垂直位和水平位之间的切换，所述转轴经转轴上盖和转轴下盖扣合装配后再和转轴盖板组合成为转轴组件。

3.根据权利要求1所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述激光发射器和激光接收相机位于同一块安装板上，所述激光发射器和激光接收相机分别与激光控制板电连接，与激光发射器和激光接收相机的进出光路相对应的壳体上设有线性激光发射滤光片和激光相机滤光片，所述激光发射滤光片和激光相机滤光片是450nm窄带高透光滤光片。

4.根据权利要求1所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述主控板上的主控电路中包括数字核心电路分别与电源管理电路、电源输入切换电路、操作按钮电路、以太网切换电路、状态指示电路、测量相机接口、屏幕控制板接口、OTG接口和LED控制电路电连接，所述电源输入切换电路分别与充电电源和锂电池电连接；所述状态指示电路和以太网切换电路均与激光控制板电连接；所述OTG接口与外部设备电连接，所述测量相机接口与测量相机电连接，所述LED控制电路与LED光源电连接，屏幕控制板接口与屏幕控制板电连接。

5.根据权利要求4所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述数字核心电路的主芯片为STM32F103R8T6单片机。

6.根据权利要求4所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述电源管理电路采用MP1482电源管理芯片。

7.根据权利要求4所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述电源输入及切换电路设有一路继电器HFD4/12。

8.根据权利要求4所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述以太网切换电路中设有两路继电器HFD4/12。

9.根据权利要求1所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述激光控制板的主芯片为基于ARMCortex-A9双核处理器和FPGA架构的XilinxZynq-7015处理器。

10.根据权利要求1所述的基于线性激光器和测量相机的手持式扫描测量仪，其特征在于：所述屏幕控制板的主芯片为瑞芯微RK3399处理器。

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